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GSM-R无线通信消息认证方案研究 2010年9月 第46卷第9期 铁道通信信号 RAILWAYSIGNAI工INGamp;C0MMUNICATION September2010 Vo1.46No.9 GSM—R无线通信消息认证方案研究 陆程遂朱刚 摘要:GSM—R作为铁路专用的通信技术,正在世界铁路范围内得到越来越广泛地应用,推动 着各国铁路行业的发展.分析了GSM.R移动通信系统中安全必威体育官网网址体系的特点,引入了防克隆机 制,双向认证机制和认证五元组,通过在HLR上设计认证向量及其中的随机数字段与MILENA. GE加密算法,提高了防止恶意无线网络用户对合法列车用户进行克隆攻击的能力,通过设计认 证令牌AUTN和采用挑战.应答机制,实现了列车用户与服务网络的双向认证,通过密钥协 商确定周期更新的加密密钥和完整性密钥,提供更高的数据私密性保护.在此基础上进一步提出 了基于用户信誉体系的快速认证方案,以减少越区切换时列控系统列车.地面之间认证过程对通 信时延产生的影响,并对快速认证方案的时延开销以及用户信誉等参数的取值进行了深入地 分析. 关键词:铁路综合数字移动通信系统;网络安全;快速认证;时延;高速铁路 Abstract:Asaspecialrailwaycommunicationstechnology,GSM—Risnowincreasinglywidelyused worldwideandcontributestothedevelopmentofrailwayindustry.Thispaperanalyzesthesecuritychar— actersandproblemsofGSM-Rsystem,andbringsforwardanti-clonemechanism,bi—directionalauthenti— cationschemeandauthenticationquintettoSo]vethem.Arandomfieldwithintheauthenticationvector andtheMILENAGEencryptionalgorithmaredesignedovertheHLRinordertoprotectcloneattacksfrom amaliciouswirelessnetworksubscribertowardsanotherlegitimatetrainsubscriber.ThetokenAUTNand theChallengeResponsemechanismareusedtoperformbi-directionalauthenticationbetweenthetrain subscriberandtheservingnetwork.Periodicallyrefreshedcipherkeyandintegritykeyareintroducedto realizemoresecureddataprivacythroughkeynegotiating.Furthermore,afastauthenticationscheme basedonsubscribercreditsystemisproposedtoreducethedelayresultingfromtrain--groundauthentica-? tionofATCsystemduringthehandoverprocessofahighspeedtrain,andtheoverheadofafastauthenti— cationaswellasthevaluesettingofsomeparameterslikesubscribercreditareanalyzed. Keywords:GSM—R;Networksecurity;Fastauthentication;Delay;Highspeedrailway 在蜂窝移动通信系统中,如何提供端到端安 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室100044北京 研究生教授 收稿日期:2010-07.12 可靠的无线分组数据业务,实现信息来源认 消息完整性保护和内容保护,是一个非常重要 题.作为具有高速移动特征的专用集群通信网 铁路综合数字移动通信网GSM—R(GSMfor CichonDJ,ZwickT,WiesbeckW.,RadioLinkSimu. 1ationsinHighSpeedRailwayTunnels.Antennasand Propagation,1995,2:216-219. CichonDJ,ZwickT,WiesbeckW.,RayOpticalMod- clingofWirelessCommunicationsinHighSpe